CN112213659B - 电池容量修正方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池容量修正方法及测试系统，属于动力电池技术领域。所述方法包括：获取电池，在不同的环境温度中分别对所述电池执行电池容量测试，获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度；确定目标电池温度，通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型；获取所述电池的任意电池温度和与所述任意电池温度对应的电池容量，结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量。本发明用于实现单体电池和电池组测试。

Description

电池容量修正方法及测试系统

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体地涉及一种电池容量修正方法、一种电池容量测试方法、一种分选电池组的方法和一种电池测试系统。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、长循环寿命和低自放电率等优点，如今已被广泛应用于新能源汽车等领域。当电动车模组中有单体电池与其余单体电池性能不一致时，连续的充放电循环会使该单体电池与其余单体电池的差异被放大，进一步导致其余单体电池容量加速衰减，最终，电池组将在设计寿命达到之前失效。因此，在组成模块前严格控制单体电池的一致性就显得尤为重要。

目前，锂离子电池分选的主要指标有容量、内阻、电压等，其中，容量作为首要分选指标，如果锂离子电池的容量测试不准确，将对整个电池组的循环寿命造成严重影响，如远小于设计的循环寿命。影响锂离子电池容量测试的因素有许多，比如充放电设备的电流电压精度、环境温度均匀性等。充放电电流电压的精度，需要依靠设备来保证；而锂离子电池作为能量体，在充放电过程中内部会发生化学反应，电池温度会随之发生变化，环境温度的变化同样会导致电池容量的差异，因此，减小充放电过程中温度的影响，对提高容量准确性和一致性都至关重要。目前，在实际生产过程中，未考虑电池温度等因素对锂离子电池容量测试准确性的影响，使得电池成组的一致性差，进而影响电池组的整体寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池容量修正方法及测试系统，解决现有技术由于未考虑充电或放电过程中电池温度对容量测试的影响而导致的单体电池容量标定不准确以及分选成组电池的一致性差和寿命短等技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种电池容量修正方法，该电池容量修正方法包括：

S1)获取电池，在不同的环境温度中分别对所述电池执行电池容量测试，获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度；

S2)确定目标电池温度，通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型；

S3)获取所述电池的任意电池温度和与所述任意电池温度对应的电池容量，结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量。

具体的，步骤S2)中通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，包括：

将所述电池的电池温度作为第一温度变量，并将所述电池的电池容量作为第一容量因变量；

对应所述环境温度，通过所述测试数据中电池容量和电池温度的数据点，结合第一预设拟合优度阈值，确定关于所述第一温度变量和所述第一容量因变量的第一拟合曲线；

将所述目标电池温度代为所述第一拟合曲线中的第一温度变量，计算获得所述第一容量因变量的当前值，并将所述第一容量因变量的当前值作为所述目标电池温度下修正电池容量。

具体的，步骤S2)中利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，具体为：

对应所述测试数据中电池温度，计算所述测试数据中电池容量与所述修正电池容量的比值，获得与所述比值和所述测试数据中电池温度对应的数据点集。

具体的，步骤S2)中拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型，包括：

将所述电池的电池温度作为第二温度变量，并将所述电池的电池容量与所述电池的修正电池容量的比值作为容量比因变量，还将所述电池的电池容量与所述电池的修正电池容量的比值记为容量温度比率；

通过所述数据点集，结合第二预设拟合优度阈值，确定关于所述第二温度变量和所述容量比因变量的第二拟合曲线，并将所述第二拟合曲线作为计算模型。

具体的，步骤S3)中结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量，具体为：

将所述任意电池温度代入所述第二拟合曲线中的第二温度变量，计算获得所述容量比因变量的当前值；

通过所述容量比因变量的当前值和与所述任意电池温度对应的电池容量，获得所述电池的修正电池容量的当前值，并将所述电池的修正电池容量的当前值作为所述目标电池温度下标称电池容量。

本发明实施例提供一种电池容量测试方法，该电池容量测试方法包括：

S1)配置环境温度为目标电池温度，将电池置于所述环境温度中，并对所述电池进行充电，获得充电后的电池；

S2)调整所述环境温度为测试温度，在调整后的环境温度下搁置所述充电后的电池，在搁置完成后对所述充电后的电池进行放电，记录并获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度。

具体的，步骤S1)中在将电池置于所述环境温度中之后，且在对所述电池进行充电之前，还包括：

在所述环境温度中搁置所述电池，在搁置完成后对所述电池进行放电，在放电完成后，再在所述环境温度中搁置放电后的电池。

具体的，该方法中对所述电池进行充电的过程中，或对所述充电后的电池进行放电的过程中，还包括：

利用截止条件判断充电是否完成或放电是否完成，其中，所述截止条件包括：截止电压、截止电流和截止时间。

本发明实施例提供一种分选电池组的方法，该方法包括：

S1)选取多支单体电池，通过前述的电池容量修正方法获得每支单体电池的标称电池容量；

S2)将所述多支单体电池中标称电池容量符合容量一致性条件的单体电池分选为电池组。

本发明实施例提供一种电池测试系统，该电池测试系统包括：

恒温装置，被配置为用于向前述的电池提供不同的环境温度；

充放电装置，被配置为用于在所述环境温度下对所述电池进行充电或放电；

检测装置，被配置为用于在所述环境温度下检测所述电池的电池温度和电池充放性能参数，其中，所述电池充放性能参数被用于计算在所述环境温度下所述电池的电池容量。

再一方面，本发明实施例提供一种测试设备，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的方法。

又一方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行前述的方法。

本发明充分地将电池温度对容量测试的影响引入标称电池容量的计算，使得标称电池容量更为准确地符合电池真实性能特征，能够显著提高单体电池容量分选一致性和成组一致性，从而为实现更贴近设计寿命的电池组或确定电池组设计寿命提供重要基础，额外地，本发明能够提供与目标电池温度对应的标称电池容量，即目标电池温度被选为不同值时，同样能得出符合特定环境对应的标称电池容量，特定环境例如长期低温的高纬度地区或长期高温的低纬度地区。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的电池容量修正方法主要步骤示意图；

图2为本发明实施例的示例性锂离子电池在不同放电温度下的容量测试流程示意图；

图3为本发明实施例的示例性锂离子电池容量温度比率随电池放电温度变化的拟合曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

实施例1

如图1，本发明实施例提供了电池容量修正方法，该电池容量修正方法包括：

S1)获取电池，在不同的环境温度中分别对所述电池执行电池容量测试，获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度；

S2)确定目标电池温度，通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型；

S3)获取所述电池的任意电池温度和与所述任意电池温度对应的电池容量，结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量；

电池可以优选为锂离子电池；电池容量可以通过容量测试过程中，检测到的电池充放电电流和充放电时间进行计算确定；测试数据可以通过数据表格或键值数据等方式形成；电池温度可以是电池的壳体温度(或称为电池的实际温度)；环境温度可以称为电池的放电温度；目标电池温度可优选为25℃(摄氏度)；步骤S3)中获取所述电池的任意电池温度和与所述任意电池温度对应的电池容量，该任意电池温度和对应的电池容量可以从所述测试数据中获取，也可以另对所述电池进行容量测试，获取新的测试数据，再从新的测试数据中获取任意电池温度和对应的电池容量；标称电池容量(可简称为标称容量)或修正电池容量也是电池容量，则根据计算模型中量纲情况，通过计算模型完成步骤S3)中的计算。

在一些具体实施中，如图2，选取N(N为大于零的正整数)支电池，放置于恒温箱内，将恒温箱温度分别设定为16℃、17℃、18℃…，直至40℃，在上述不同温度下分别进行容量测试，得出N支电池在不同环境温度下的电池容量和电池温度的数据。

具体的，步骤S2)中通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，包括：

将所述电池的电池温度作为第一温度变量，并将所述电池的电池容量作为第一容量因变量；

对应所述环境温度，通过所述测试数据中电池容量和电池温度的数据点，结合第一预设拟合优度阈值(R²，例如，示例性地，取为0.9至1之间的一个值)，确定关于所述第一温度变量和所述第一容量因变量的第一拟合曲线；

将所述目标电池温度代为所述第一拟合曲线中的第一温度变量，计算获得所述第一容量因变量的当前值，并将所述第一容量因变量的当前值作为所述目标电池温度下修正电池容量；

在一些具体实施中，对上述N支电池在不同温度下的电池容量和电池温度的数据，进行曲线拟合，就能得到第一拟合曲线，在与第一拟合曲线对应的坐标系中，横坐标为电池放电的实际温度(第一温度变量)，纵坐标为不同放电温度下的电池容量(第一容量因变量)，通过第一拟合曲线，推算出每支电池的25℃修正容量，记为Cap(25℃)。

具体的，步骤S2)中利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，具体为：

对应所述测试数据中电池温度，计算所述测试数据中电池容量与所述修正电池容量的比值，获得与所述比值和所述测试数据中电池温度对应的数据点集；

在一些具体实施中，将所有N支电池的电池容量Cap(t)与25℃修正容量Cap(25℃)作比值，记为容量温度比率η：

η＝Cap(t)/Cap(25℃)

其中，t为实际温度。

具体的，步骤S2)中拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型，包括：

将所述电池的电池温度作为第二温度变量，并将所述电池的电池容量与所述电池的修正电池容量的比值作为容量比因变量；

通过所述数据点集，结合第二预设拟合优度阈值(R²，例如，示例性地，取为0.9至1之间的一个值，与第一预设拟合优度阈值可以相同，也可以不同)，确定关于所述第二温度变量和所述容量比因变量的第二拟合曲线，并将所述第二拟合曲线作为计算模型；

在一些具体实施中，如图3，将所有N支电池的容量温度比率η和电池温度的数据点集合进行曲线拟合，就能得到第二拟合曲线，在与所述第二拟合曲线对应的坐标系中，横坐标为电池放电的实际温度，纵坐标为容量温度比率η，对于第二拟合曲线，可有如下形式：

其中，t为实际温度，为容量比因变量(容量温度比率η)，K₁、K₂、K₃和K₄为符合第二拟合曲线轨迹的常系数，a、b、c和d为符合第二拟合曲线轨迹的常数且大于等于0；

具体的，步骤S3)中结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量，具体为：

将所述任意电池温度代入所述第二拟合曲线中的第二温度变量(C(t)中t)，计算获得所述容量比因变量的当前值；

通过所述容量比因变量的当前值和与所述任意电池温度对应的电池容量，获得所述电池的修正电池容量的当前值，并将所述电池的修正电池容量的当前值作为所述目标电池温度下标称电池容量。

由第二拟合曲线，则锂离子电池的25℃标称容量C(25℃)为：

C(25℃)＝C(t)/(K₁t^a+K₂t^b+K₃t^c+K₄t^d)

其中，C(t)可取为与所述任意电池温度对应的电池容量；所述的锂离子电池修正容量可以为25℃标称容量，也可以为16～40℃以内任一值的标称容量；温度t为电池放电温度(放电过程中的电池温度)，用于参与计算的具体值也可以为整个放电过程中的温度值的平均值，还可以为放电起始温度和放电末端温度的平均值。

本发明实施例能够排除锂离子电池放电过程中温度对容量测试的影响，使得容量测试更为准确，单体电池容量及成组一致性得到显著提高。

实施例2

基于实施例1，本发明实施例提供了电池容量测试方法，该电池容量测试方法包括：

S1)配置环境温度为目标电池温度，将电池置于所述环境温度中，并对所述电池进行充电，获得充电后的电池；

S2)调整所述环境温度为测试温度，在调整后的环境温度下搁置所述充电后的电池，在搁置完成后对所述充电后的电池进行放电，记录并获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度；

在一些具体实施中，搁置操作可被配置有截止时间，例如180min(分钟)；充电过程可以保持电池恒流恒压，放电过程可以保持恒流，充放电电流(安培/A)可取为1C，C指充放电倍率，C的值等于充放电电流/额定容量，一般充放电电流的大小，常用充放电倍率来表示；

在一次调整完成后，还可以再次更新步骤S2)中调整后的环境温度为步骤S1)中的环境温度，并进行步骤S1)，再选取不同的测试温度，再进行步骤S2)，如此进行循环测试操作，可以完成不同的环境温度下电池各项测试，具体的，该方法还包括：

S3)将步骤S2)中调整后的环境温度调回步骤S1)中的目标电池温度，更新测试温度，跳转至步骤S1)中将电池置于所述环境温度中，并继续执行。

具体的，步骤S1)中在将电池置于所述环境温度中之后，且在对所述电池进行充电之前，还包括：

在所述环境温度中搁置所述电池，在搁置完成后对所述电池进行放电，在放电完成后，再在所述环境温度中搁置放电后的电池；

在一些具体实施中，此处可以被称为预充放过程，可以排除电池中余留电荷的影响，此处搁置操作也可以被配置有截止时间，例如5min或30min。

具体的，该方法中对所述电池进行充电的过程中，或对所述充电后的电池进行放电的过程中，还包括：

利用截止条件判断充电是否完成或放电是否完成，其中，所述截止条件包括：截止电压、截止电流和截止时间；

在一些具体实施中，对于电池放电，截止电压取为2.8V(伏特)，对于电池充电，截止电压取为4.2V；对于电池充电，截止电流取为0.05C。

实施例3

基于实施例1-2，本发明实施例提供了分选电池组的方法，该方法包括：

S1)选取多支单体电池(Battery Cell)，通过前述的电池容量修正方法获得每支单体电池的标称电池容量；

S2)将所述多支单体电池中标称电池容量符合容量一致性条件的单体电池分选为电池组(Battery Pack)；

容量一致性条件可以为若单体电池的电池容量是否符合小于等于特定容量值、特定容量范围或大于等于特定容量值；

若符合容量一致性条件，则单体电池被分选至与特定容量值或特定容量范围对应的电池组中。

实施例4

基于实施例1-3，本发明实施例提供了电池测试系统，该电池测试系统包括：

恒温装置，被配置为用于向前述的电池提供不同的环境温度；

充放电装置，被配置为用于在所述环境温度下对所述电池进行充电或放电；

检测装置，被配置为用于在所述环境温度下检测所述电池的电池温度和电池充放性能参数，其中，所述电池充放性能参数被用于计算在所述环境温度下所述电池的电池容量；

在一些具体实施中，恒温装置可以为恒温箱，该恒温箱内可以被配置有不同的温度，充放电装置可以为测试电源等，检测装置可以为电流检测电路和电压检测电路，检测装置还可以为电流电压检测仪表或设备等；

在一些具体实施中，恒温装置、充放电装置和检测装置可以被封装形成一体化的测试装置，特别地，充放电装置和检测装置可以安装于恒温装置。

实施例5

基于实施例4，本发明实施例提供一种测试系统，该测试系统包括控制系统和前述的电池测试系统；控制系统可用于控制和配置电池测试系统中恒温装置、充放电装置和检测装置，并具有测试数据等电池相关数据记录、数据计算和截止条件判断等功能，还可以将电池相关的数据结果，例如第一拟合曲线和第二拟合曲线等，进行呈现；该控制系统可以包括服务器、工控机和/或计算机等设备。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (3)

1.一种电池容量修正方法，其特征在于，该电池容量修正方法包括：

S1)获取电池，在不同的环境温度中分别对所述电池执行电池容量测试，获得测试数据，其中，所述测试数据至少具有与所述环境温度对应的电池容量和电池温度；

S2)确定目标电池温度，通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型；

S3)获取所述电池的任意电池温度和与所述任意电池温度对应的电池容量，结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量；

步骤S2)中利用所述目标电池温度下修正电池容量和所述测试数据中电池容量的相对大小，具体为：

对应所述测试数据中电池温度，计算所述测试数据中电池容量与所述修正电池容量的比值，获得与所述比值和所述测试数据中电池温度对应的数据点集；

步骤S2)中拟合获得与所述相对大小和所述测试数据中电池温度对应的计算模型，包括：

将所述电池的电池温度作为第二温度变量，并将所述电池的电池容量与所述电池的修正电池容量的比值作为容量比因变量；

通过所述数据点集，结合第二预设拟合优度阈值，确定关于所述第二温度变量和所述容量比因变量的第二拟合曲线，并将所述第二拟合曲线作为计算模型；

第二拟合曲线，有如下形式：

其中，K₁、K₂、K₃和K₄为符合第二拟合曲线轨迹的常系数，a、b、c和d为符合第二拟合曲线轨迹的常数且大于等于0；C(t)取为与任意电池放电温度对应的电池容量；C(t)为25℃标称容量；温度t为电池放电温度；

步骤S3)中结合所述计算模型进行计算，获得所述目标电池温度下标称电池容量，具体为：

将所述任意电池温度代入所述第二拟合曲线中的第二温度变量，计算获得所述容量比因变量的当前值；

通过所述容量比因变量的当前值和与所述任意电池温度对应的电池容量，获得所述电池的修正电池容量的当前值，并将所述电池的修正电池容量的当前值作为所述目标电池温度下标称电池容量。

2.根据权利要求1所述的电池容量修正方法，其特征在于，步骤S2)中通过所述测试数据估算所述目标电池温度下修正电池容量，包括：

将所述电池的电池温度作为第一温度变量，并将所述电池的电池容量作为第一容量因变量；

对应所述环境温度，通过所述测试数据中电池容量和电池温度的数据点，结合第一预设拟合优度阈值，确定关于所述第一温度变量和所述第一容量因变量的第一拟合曲线；

将所述目标电池温度代入所述第一拟合曲线中的第一温度变量，计算获得所述第一容量因变量的当前值，并将所述第一容量因变量的当前值作为所述目标电池温度下修正电池容量。

3.一种分选电池组的方法，其特征在于，该方法包括：

S1)选取多支单体电池，通过权利要求1至2中任意一项所述的电池容量修正方法获得每支单体电池的标称电池容量；

S2)将所述多支单体电池中标称电池容量符合容量一致性条件的单体电池分选为电池组。